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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Wie allgemein bekannt weist eine elektrische Servolenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug einen elektrischen Aktuator, wie zum Beispiel einen Elektromotor auf, um eine Lenkbetätigung des Fahrers durch eine Antriebsdrehkraft des elektrischen Operators zu unterstützen
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Wie ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung einer PCT-Anmeldung) Nr. 2011-189868 offenbart einen Typ eines elektrischen Aktuators zur Verwendung in einer solchen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, wobei eine Motorsteuerungs-Leiterplatte und ein Wechselrichtermodul (Leiterplatte) gestapelt und in eine Steuerungseinheit integriert sind. In dieser Steuerungseinheit sind elektronische Wärmeerzeugungsbauteile, wie zum Beispiel eine CPU zur Befehlsverarbeitung, ein IC (ASIC) zur Energieversorgungssteuerung, ein Halbleiterschalter (FETMOS) zur Motorsteuerung, ein Motorrelais (Energieversorgungsrelais) zur ausfallsicheren Steuerung, usw. auf die Leiterplatte montiert. Die thermische Belastung auf der Steuerungseinheit erhöht sich folglich mit der in der Steuerungseinheit erzeugten Wärmemenge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist denkbar, eine Wärmesenke, wie zum Beispiel eine Abstrahlrippe oder ein Untersetzungsgetriebegehäuse mit einer großen thermischen Masse um die Steuerungseinheit herum anzuordnen, so dass die Wärme von der Steuerungseinheit zur Wärmesenke oder zum Untersetzungsgetriebegehäuse abgeleitet werden kann. In diesem Fall kann jedoch von den jeweiligen Wärmequellen eine thermische Beeinflussung zwischen den Wärmeübertragungsdurchgängen auftreten. Dies resultiert in einer Verschlechterung der Wärmeableitungseffizienz.
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Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung mit einem Wärmeleitelement bereitzustellen, um Wärme zur Verbesserung der Wärmeableitungseffizienz rasch von den Wärmequellen zu einer Wärmeabstrahleinrichtung zu leiten.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Elektromotor, der als Reaktion auf eine Lenkbetätigung drehbar ist; einen Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus zum Umwandeln einer Drehung des Elektromotors in eine lineare Bewegung und Übertragen der linearen Bewegung auf Fahrzeugräder zum Lenken der Fahrzeugräder; eine erste Leiterplatte, worauf ein Verarbeitungselement montiert ist, um einen Steuerungsbefehl für eine Rotationssteuerung des Elektromotors zu verarbeiten; eine zweite Leiterplatte, worauf ein Antriebselement montiert ist, um den Elektromotor basierend auf dem Steuerungsbefehl von der ersten Leiterplatte anzutreiben; ein metallisches Steuerungsgehäuse, worin die ersten und zweiten Leiterplatten untergebracht sind und an dessen Außenfläche mit dem Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus verbunden sind; ein Wärmeübertragungselement, das im Inneren des metallischen Steuerungsgehäuses derart angeordnet ist, dass Wärme von den jeweiligen ersten und zweiten Leiterplatten zum Wärmeübertragungselement übertragen wird; und ein Wärmeleitelement, das sich von der Außenfläche des metallischen Steuerungsgehäuses zur Innenseite des Wärmeübertragungselements erstreckt, um die zum Wärmeübertragungselement übertragende Wärme in Richtung zum Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus zu leiten.
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In der vorliegenden Erfindung ist das Wärmeleitelement vorgesehen, um Wärme rasch von den Wärmequellen zur oben beschriebenen Wärmeabstrahleinrichtung abzuleiten. Da ist es möglich, eine Wärmebeeinflussung zu verhindern und eine Wärmeableitungseffizienz zu erreichen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigt:
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils eines elektrischen Aktuators einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Querschnittsansicht des elektrischen Aktuators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Seitenansicht der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils eines elektrischen Aktuators einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine Querschnittsansicht des elektrischen Aktuators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
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BESCHREIBUNGEN DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Richtungsbegriffe „oberer”, „unterer” und dergleichen lediglich zu Anschauungszwecken verwendet und sind nicht dazu bestimmt, die vorliegende Erfindung in irgendeiner speziellen Richtung oder Ausrichtung zu beschränken. Darüber hinaus sind gleiche Teile oder Bereiche durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, sodass deren wiederholte Beschreibungen somit entfallen.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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Wie in 3 dargestellt, ist eine elektrische Servolenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benachbart zu einer Lenkwelle SS des Fahrzeugs angeordnet und ist mit einem Getriebegehäuse GC, einer Zahnstangengetriebeeinheit, einem elektrischen Aktuator 1, einer Halterung 15 (als Metallverbindungselement) und ersten und zweiten Drehmomentssensoren TS1 und TS2 versehen. Das Getriebegehäuse GC ist aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel Eisen, hergestellt und an einem Basisendbereich der Lenkwelle SS befestigt. Obwohl in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt, ist die Zahnstangengetriebeeinheit im Getriebegehäuse GC untergebracht. Im ersten Ausführungsbeispiel bilden das Getriebegehäuse GC und die Zahnstangengetriebeeinheit einen Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus. Der elektrische Aktuator 1 ist mit einem Seitenbereich des Getriebegehäuses GC durch die Halterung 15 verbunden, um eine Drehung der Lenkwelle SS zu unterstützen. Der erste Drehmomentsensor TS1 ist mit einem Endbereich des Getriebegehäuses GC (benachbart zum Basisendbereich der Lenkwelle SS) verbunden, um ein Drehmoment der Lenkwelle SS zu erfassen, wohingegen der zweite Drehmomentsensor TS2 am anderen Endbereich des Getriebegehäuses GC befestigt ist, um ein Drehmoment des elektrischen Aktuators 1 zu erfassen.
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Der elektrische Aktuator umfasst insbesondere eine Motoreinheit 2, eine Steuerungseinheit (ECU) 3, die auf einer Seite der Motoreinheit 2 angeordnet ist, und einen Untersetzungsgetriebemechanismus 40, der auf der anderen Seite der Motoreinheit 2 angeordnet ist.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, weist die Motoreinheit 2 ein Motorgehäuse 4 und einen Elektromotor 5 auf, der im Motorgehäuse 4 untergebracht ist, um das Drehmoment als Lenkunterstützungskraft aufzubringen. Die Motoreinheit 2 weist außerdem eine Sensor-Montageplatte 7 und eine Sensorplatine 8 (als dritte Leiterplatte) auf. Andererseits weist die Steuerungseinheit 3 ein ECU-Gehäuse 6 (als metallisches Steuergehäuse) und eine Mehrzahl von Leiterplatten auf, die eine Inverter- bzw. Wechselrichterplatine 11 (als zweite Leiterplatte), eine Steuerungsleiterplatte 12 (als erste Leiterplatte) und eine Harz-Sammelschienenplatine 13 umfassen, die im ECU-Gehäuse 6 gestapelt und untergebracht sind, um die Drehung des Elektromotors 5, wie in 1 und 2 dargestellt, zu steuern.
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Das Motorgehäuse 4 ist z. B. aus einer Aluminiumlegierung in einer zylindrischen Form mit Boden hergestellt. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind drei Augenbereiche mit jeweiligen Augeneinsatzlöchern auf einem unteren Endbereich des Außenumfangs des Motorgehäuses 4 einstückig ausgebildet, so dass das Motorgehäuse 4 mit dem Untersetzungsgetriebemechanismus 40 durch das Einschrauben von Schraubbolzen in diese jeweiligen Bolzen-Einsatzlöcher koaxial verbunden ist. Drei Augenbereiche 4b mit jeweiligen Bolzen-Einsatzlöchern sind außerdem an umfangsseitig gleich beabstandeten Positionen (120°-Abständen) auf einem oberen Endteil des Außenumfangs des Motorgehäuses 4 ausgebildet, so dass das Motorgehäuse 4 mit dem ECU-Gehäuse 6 durch Einschrauben der Schraubenbolzen in die jeweiligen Bolzen-Einsatzlöcher der Augenbereiche 4b koaxial verbunden ist.
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Der Elektromotor 5 ist im Motorgehäuse 4 untergebracht und weist eine Motorwelle 5a, einen um die Motorwelle 5a herum befestigten Rotor 5b und einen Stator 5c (als ersten elektrischen Stromkreis) auf, der um den Rotor 5b mit einem vorgegebenen, dazwischen belassenden Abstand gewickelt ist. Drei Drei-Phasenanschlussklemmen sind mit dem Stator 5c elektrisch verbunden und ragen parallel aus einem oberen offenen Ende des Motorgehäuses 4 heraus.
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Die Sensor-Montageplatte 7 ist an einer oberen Endseite der Motorwelle 5a befestigt.
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Die Sensorplatine 8 ist an der Sensor-Montageplatte 7 durch eine Mehrzahl von Schrauben befestigt und weist einen darauf montierten Rotationssensor 8a auf, um eine Drehzahl der Motorwelle 5a zu erfassen. Ferner ist die Sensorplatine 8 mit einem Motorrelais 9 als wärmeerzeugendes elektronisches Bauteil ausgestattet.
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Das ECU-Gehäuse 6 ist wie im Fall des Motorgehäuses 4 aus einer Aluminiumlegierung in einer zylindrischen Form mit Boden hergestellt. Ein Deckelelement 10 ist an einem oberen offenen Ende des ECU-Gehäuses 6 befestigt, so dass das oben offene Ende des ECU-Gehäuses 6 durch das Deckelelement 10 verschlossen ist.
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Ein ringförmiger Befestigungsbereich 6a ist an einem unteren Ende des ECU-Gehäuses 6 ausgebildet und durch leichtes Einpressen im oben offenen Ende des Motorgehäuses 4 befestigt. Eine Befestigungsnut 6b ist in den Außenumfang des Befestigungsbereichs 5a geschnitten. Ein Dichtelement 30 ist in der Befestigungsnut 6b befestigt, um eine Abdichtung zwischen der oberen Endseite des Motorgehäuses 4 und der unteren Endseite des ECU-Gehäuses 6 bereitzustellen.
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Drei Augenbereiche mit jeweiligen Schraubbolzen-Einsatzlöchern sind an umfangsseitig gleich beanstandeten Positionen (120°-Abständen) auf jedem der oberen und unteren Endteile des Außenumfangs des ECU-Gehäuses 6 ausgebildet. Gleichermaßen sind drei Augenbereiche mit Schraubbolzen-Einsatzlöchern auf dem Außenumfang des Deckelelements 10 ausgebildet. Das ECU-Gehäuse 6, das Motorgehäuse 4 und das Deckelelement 10 werden somit durch Einschrauben der Schraubbolzen in die Schaubbolzen-Einsatzlöcher des ECU-Gehäuses 6, die Schraubbolzen-Einsatzlöcher des Motorgehäuses 4 und die Schraubbolzen-Einsatzlöcher des Deckelelements 10 koaxial zusammengezogen und aneinander befestigt.
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Wie in 2 dargestellt, weist das ECU-Gehäuse 6 eine Bodenwand 14 auf, die im Innern einstückig mit dessen unteren Ende ausgebildet ist. Ferner ist die Halterung 15 einstückig mit der Außenumfangsfläche des ECU-Gehäuses 6 ausgebildet. Im ersten Ausführungsbeispiel sind das ECU-Gehäuse 6 (einschließlich der Bodenwand 14) und die Halterung 15 aus der gleichen Aluminiumlegierung durch gleichzeitiges Giessen ausgebildet.
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Die Bodenwand 14 weist eine stabile, im Wesentlichen scheibenförmige Form mit einer relativ großen Dicke W auf und dient als Wärmeübertragungselement zum Aufnehmen und Absorbieren der Wärme von den Leiterplatten 11 bis 13 und von der Sensorplatine 8.
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Die Halterung 15 weist einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf und umfasst, wie in 1 und 2 dargestellt, einen zylindrischen Bereich 15a und einen Befestigungsbereich 15b auf.
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Der zylindrische Bereich 15a ist an einem Ende davon einstückig mit der Außenumfangsfläche des ECU-Gehäuses 6 hergestellt. Eine untere Seite (ca. ein Drittel) des zylindrischen Bereichs 15a ist auf einer radialen Erstreckungslinie der Bodenwand 14 angeordnet, wohingegen eine obere Seite (ca. zwei Drittel) des zylindrischen Bereichs 15a auf einer Position angeordnet ist, die in einen Bereich Y zwischen der Wechselrichterplatine 11 und der Steuerungs-Leiterplatte 12 fällt. Mit anderen Worten entspricht die Position des zylindrischen Bereichs 15a der Halterung 15 teilweise dem Bereich der Bodenwand 14 mit der Dicke W und dem Bereich Y zwischen den Leiterplatten 11 und 12 in Axialrichtung des ECU-Gehäuses 6 und überlappt somit, aus radialer Richtung des ECU-Gehäuses 6 (der Axialrichtung des zylindrischen Bereichs 15a) gesehen, teilweise den Bereich der Bodenwand 14 mit der Dicke W und den Bereich Y zwischen den Leiterplatten 11 und 12.
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Der Befestigungsbereich 15b ist am anderen Ende des zylindrischen Bereichs 15a ausgebildet und ist in Längsrichtung des Getriebegehäuses GC im Wesentlichen verlängert rechtwinklig geformt. Eine Endfläche 15c des Befestigungsbereichs 15b ist in einem Bogen längs einer bogenförmigen Befestigungsfläche 16 des Getriebegehäuses GC gekrümmt und wird mit dieser in Kontakt gehalten. Zwei Schraubbolzen-Einsatzlöcher 15d und 15e sind durch beide Endseiten der Befestigungsbereiche 15b ausgebildet. Da zwei Innengewindelöcher 16a und 16b in der Befestigungsfläche 16 des Getriebegehäuses GC an Positionen ausgebildet sind, die dem Außenumfang (der Befestigungsfläche 16) des Getriebegehäuses GC entsprechen, wird der Befestigungsbereich 15b am Außenumfang (an der Befestigungsfläche 16) des Getriebegehäuses GC durch Einschrauben von zwei Schraubbolzen 17 in die Schraubbolzen-Einsatzlöcher 15d und 15e und die Innengewindelöcher 16a und 16b befestigt.
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Die Wechselrichterplatine 11 dient als Energieumwandlungs-Leiterplatte. Wie in 2 dargestellt, weist die Wechselrichterplatine 11 eine auf deren einen Seite montierte Mehrzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen, wie zum Beispiel einen Halbleiterschalter 18, der durch einen MOSFET (als Antriebselement) zur Rotationssteuerung des Elektromotors 5 und einen Elektrolytkondensator 10 zur Rauschunterdrückung gekennzeichnet ist. Eine harzgegossene Halterung 20, die darin einen Buchsenanschluss beherbergt, ist an einer Außenumfangsseite der Wechselrichterplatine 11 befestigt.
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Die Steuerungs-Leiterplatte 12 führt die Funktion des Steuerns des Halbleiterschalters 18 und dergleichen aus und weist auf deren einen Seite montierte wärmeerzeugende elektronische Bauteile, wie z. B. einen Mikrocomputer (CPU) 21 (als Verarbeitungselement), zum Verarbeiten eines Antriebsbefehlssignals zur Rotationssteuerung des Elektromotors 5 auf, wie dies in 2 dargestellt ist.
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Die Harz-Sammelschienenplatine 13 dient als Energieversorgungs-Leiterplatte. Wie in 2 dargestellt, weist die Harz-Sammelschienenplatine 13 eine auf deren einen Seite montierte Mehrzahl von wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen, wie z. B. eine Spule 22, ein Energieversorgungsrelais 23 und einen Aluminiumkondensator zur Rauschunterdrückung auf. Das Energieversorgungsrelais 23 ist hierbei zum Ein- oder Ausschalten und somit zum Bereitstellen oder Unterbrechen einer Energieversorgung für den Elektromotor 5 als Reaktion auf ein Ein-/Ausschalten eines Zündungsschalters ausgelegt.
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Das Deckelelement 10 ist aus einer Aluminiumlegierung in einer zylindrischen Form mit Boden hergestellt. Wie in 2 dargestellt, ist ein zylindrischer Endbereich 10a des Deckelelements 10 durch die Schraubbolzen im oberen Ende des ECU-Gehäuses 6 befestigt, um die Sammelschienenplatine 13 (die elektronischen Bauteile, wie z. B. die Spule 22 und das Energieversorgungsrelais 23 auf der Sammelschienenplatine 13) durch das Deckelelement 10 abzudecken.
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Ein Steckverbinder 31 ist am oberen Ende des Deckelements 10 einstückig ausgebildet und mit einer Batterie-Energiequelle verbunden, um dem Elektromotor 5 und den Leiterplatten 11 bis 13 über den Steckverbinder 31 Energie von der Batterie-Energiequelle bereitzustellen.
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Eine ringförmige Befestigungsnut ist in den Außenumfang des zylindrischen Endbereichs 10a geschnitten. Ein ringförmiges Dichtelement 30 ist in der Befestigungnut befestigt um eine Abdichtung zwischen dem ECU-Gehäuse 6 und dem Deckelelement 10 bereitzustellen.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, sind Führungsschlitze 24 und 25 als zweistufiges Wärmeleitelement durch die Bodenwand 14 des ECU-Gehäuses 6 in der radialen Richtung des ECU-Gehäuses 6 ausgebildet. Genauer gesagt erstrecken sich die Führungsschlitze 24 und 25 parallel in radialer Richtung des ECU-Gehäuses 6 (d. h. in die Richtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung der Halterung 15) durch die Bodenwand 14 und die Außenumfangswand des ECU-Gehäuses 6, so dass die jeweiligen Enden der Führungsschlitze 24 und 25 zur Außenumfangsfläche des ECU-Gehäuses 6 offen sind.
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Jeder der Führungsschlitze 24 und 25 weist ein im Wesentlichen rechteckiges Querschnittsprofil mit einer relativ schmalen Dicke aber einer relativ großen Breite W1 auf. Diese Führungsschlitze 24 und 25 sind in einem Bereich der Bodenwand 14 angeordnet, der in radialer Richtung des ECU-Gehäuses 6 gesehen den Abschnitt des zylindrischen Bereichs 15a der Halterung 15 überlappt, aber so angeordnet, dass er jeden anderen in Axialrichtung des ECU-Gehäuses 6 nicht überlappt. Der Führungsschlitz 24 ist im Wesentlichen in der Mitte der Bodenwand 14 in einer Breitenrichtung der Bodenwand 14 angeordnet, wohingegen der Führungsschlitz 25 an einer zur inneren Oberseite der Bodenwand 14 näheren Position, d. h. näher an der Wechselrichterplatine 11 als der Führungsschlitz 24, angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Führungsschlitze 24 und 25 ungefähr um das Maß der Dicke des einen Führungsschlitzes 24, 25 in Axialrichtung des ECU-Gehäuses 6 voneinander versetzt angeordnet. Darüber hinaus ist die Vorsprungsfläche der Führungsschlitze 24 und 25 (das Wärmeleitelement) auf ca. zwei Drittel der Querschnittsfläche der Bodenwand 14 festgelegt.
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Der Untersetzungsgetriebemechanismus 40 weist eine Mehrzahl von Zahnrädern auf, die in einem Gehäuse 40a platziert sind, um die Drehung des Elektromotors 5 zu reduzieren und die reduzierte Drehung zur Zahnstangengetriebeeinheit zu übertragen.
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Die Zahnstangengetriebeeinheit (der Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus) wandelt die übertragene Drehung in eine lineare Bewegung um und überträgt die lineare Bewegung durch das Getriebegehäuse GC zum Lenken des Fahrzeugs auf die Räder des Fahrzeugs.
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Die oben beschriebene Lenkvorrichtung führt einen normalen Lenkunterstützungsvorgang aus, um mit dem Steuerungssignal von der Steuerungseinheit 3 den elektrischen Aktuator 1 zu betätigen und den Elektromotor 5 anzutreiben, wenn die Lenkwelle SS von einem Fahrer während einer Fahrt des Fahrzeugs gedreht wird.
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Im Betriebszustand des elektrischen Aktuators 1 wird eine Wärme H mit einer relativ hohen Temperatur, d. h. eine hohe Wärmebelastung von den wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen der Leiterplatten 11 bis 13 (dem Halbleiterschalter 18 und Elektrolytkondensator 19 der Wechselrichterplatine 11, der CPU 21 der Steuerungs-Leiterplatte 12 und der Spule 22 und dem Energieversorgungsrelais 23 der Harz-Sammelschienenplatine 13 usw.) erzeugt. Außerdem wird eine Wärme W1 mit einer relativ niedrigen Temperatur, d. h. eine niedrige Wärmebelastung vom wärmeerzeugenden elektronischen Bauteil (dem Motorrelais 9, usw.) erzeugt. Diese Wärmen H und H1 werden zur Bodenwand 14 des ECU-Gehäuses 6 übertragen, wie dies durch gestrichelte Linien in 1 und 2 dargestellt ist.
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Die Strömung der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 in die Bodenwand 14 ist entgegengesetzt zur Richtung der Strömung der Wärme H1 von der Motorplatine 8 in die Bodenwand 14. Diese entgegengesetzten Strömungen der Wärmen H, H1 werden durch die Wärmeisolierungsfunktion der Führungsschlitze 24 und 15 effektiv unterbrochen und an einer gegenseitigen Beeinflussung gehindert.
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Die durch die Führungsschlitze 24 und 25 unterbrochenen Wärmen H, H1 fließen seitlich entlang den Führungsschlitzen 24 und 25. Der größte Teil der Wärmen H, H1 wird durch die Führungsschlitze 24 und 25 in Richtung zur Halterung 15 geleitet und danach vom ECU-Gehäuse 6 zur Halterung 15 und zum Getriebegehäuse GC übertragen. Da die Halterung 15 und das Getriebegehäuse GC eine große thermische Masse aufweisen, um als Wärmeabstrahleinrichtung zu dienen, werden die Wärmen H und H1 rasch von der Halterung 15 und dem Getriebegehäuse GC abgeleitet. Ein Teil der Wärmen H und H1 wird in eine zur Halterung 15 entgegengesetzte Richtung geleitet und vom ECU-Gehäuse 6 und dem Motorgehäuse 4 abgeleitet.
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Auf diese Weise ist es durch die Führungsschlitze 24 und 25 möglich, eine Beeinträchtigung zwischen den entgegengesetzten Strömungen der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 und der Wärme H1 von der Motorplatine 8 zu verhindern und gleichzeitig die Wärmen H und H1 in Richtung zur Halterung 15 zu leiten und die Wärmen H und H1 rasch von den Oberflächen der Halterung 15 und des Getriebegehäuses GC zur Verbesserung der Wärmeableiteffizienz abzuleiten.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist somit in der Lage, den Wärmeeinfluss auf die Leiterplatten 11 bis 13 und die Motorplatine 8 effektiv zu verhindern und die thermische Belastung auf die Steuerungseinheit 3, usw. für eine stabile Antriebssteuerung des Elektromotors 5 und eine Dauerhaltbarkeitsverbesserung der elektronischen Bauteile zu reduzieren.
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Der niedertemperaturseitige Führungsschlitz 24 ist insbesondere relativ zum hochtemperaturseitigen Führungsschlitz 25 zur Niedertemperaturseite (d. h. zur Motorseite) in Axialrichtung des ECU-Gehäuses versetzt angeordnet. Die von den Leiterplatten 11 bis 13 zur Bodenwand 14 übertragene Wärme H wird folglich vom hochtemperaturseitigen Führungsschlitz 25 zum niedertemperaturseitigen Führungsschlitz 24 geleitet, wobei diese durch den niedertemperaturseitigen Führungsschlitz 24 unterbrochen wird und danach vom niedertemperaturseitigen Führungsschlitz 24 zur Halterung 25 geleitet wird. Dies ermöglicht eine rasche Übertragung der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 zur Halterung 15 durch die Bodenwand 14 zur Verbesserung der Wärmeableiteffizienz.
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Diese versetzten Führungsschlitze 24 und 25 (die Außenseiten der Führungsschlitze 24 und 25) bilden einen abgestuften, nach unten gerichteten Wärmeübertragungsdurchgang anstelle eines horizontalen Wärmeübergangsdurchgangs, um die Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 zur Halterung 15 zu übertragen. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Wärmeübertragbarkeit zur Verbesserung der Wärmeableiteffizienz.
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Die Halterung 15 ist ferner zwischen der Bodenwand 14 und dem Getriebegehäuse GC angeordnet, um teilweise auf der radialen Erstreckungslinie der Bodenwand 14 positioniert zu sein und um teilweise in den Bereich Y zwischen den Leiterplatten 11 und 12 zu fallen; und die Führungsschlitze 24 und 25 sind in der radialen Richtung des ECU-Gehäuses 6 gesehen so angeordnet, dass sie den Abschnitt des zylindrischen Bereichs 15a der Halterung 15 überlappen. Mit einer derartigen Anordnung kann die Strömung der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 zur Motorseite und die Strömung der Wärme H1 von der Motorseite zu den Leiterplatten 11 bis 13 durch die Führungsschlitze 24 und 25 effektiv unterbrochen werden, so dass diese sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen. Diese Wärmen H und H1 können von der Bodenwand 14 zur Halterung 15 kontinuierlich übertragen werden, da die Führungsschlitze 24 und 25 in ihrer Position zum Abschnitt des zylindrischen Bereichs 15a der Halterung 15 entsprechend angeordnet sind. Dies ermöglicht ebenso eine Verbesserung der Wärmeableiteffizienz durch eine rasche Wärmeübertragung.
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Die Wechselrichterplatine 11 wird in Kontakt mit der inneren Oberseite der Bodenwand 14 gehalten, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit von der Wechselrichterplatine 11 zur Bodenwand 14 sicherzustellen.
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Darüber hinaus sind beide Führungsschlitze 24 und 25 in ihrer Position in Bezug auf die Mitte der Abmessung der Halterung 15 in der Längsrichtung des Getriebegehäuses GC zum Elektromotor 5 vorgespannt. Die Wärmeleitfläche der Hochtemperaturseite der Bodenwand 14 (näher an den Leiterplatten 11 und 12, an der die elektronischen Bauteile mit einer relativ hohen Wärmeerzeugung montiert sind) kann somit vergrößert werden, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit von den Leiterplatten 11 und 12 zum Getriebegehäuse GC sicherzustellen.
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Die Wärme von der Motorplatine 8 (auf der die elektronischen Bauteile, wie z. B. das Motorrelais 9, mit einer relativ niedrigen Wärmeerzeugung montiert sind) kann zum Motorgehäuse 4 übertragen werden und vom Motorgehäuse 4 zur Luft abgeleitet werden. Die zum Getriebegehäuse GC übertragene Wärmemenge kann mit einer Erhöhung der zum Motorgehäuse 4 übertragenen Wärmemenge reduziert werden. Dies vereinfacht die Übertragung der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 (auf denen die elektronischen Bauteilen mit einer relativ hohen Wärmeerzeugung montiert sind) zum Getriebegehäuse GC und ermöglicht dadurch eine verbesserte Wärmeableitung von den elektronischen Bauteilen.
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Es bei der konventionellen Servolenkungsvorrichtung denkbar, eine Wärmesenke usw. auf der Steuerungseinheit zum Zwecke der Verbesserung der Wärmeableiteffizienz anzuordnen. Dies verursacht jedoch ein Problem eines Größenzuwachses der Servolenkungsvorrichtung. Im ersten Ausführungsbeispiel besteht hingegen keine Notwendigkeit, eine Wärmesenke usw. anzuordnen, weil die Führungsschlitze 24 und 25 vorzugsweise die Wärmeabstrahlfunktion ausführen. Es ist im ersten Ausführungsbeispiel daher möglich, einen Größenzuwachs der Servolenkungsvorrichtung zu vermeiden.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist strukturell ähnlich der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Struktur des Wärmeleitelements.
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Genauer gesagt umfasst das Wärmeleitelement nicht nur die Führungsschlitze 24 und 25, sondern auch einen Verbindungsschlitz 26, der sich zwischen den Führungsschlitzen 24 und 25, wie in 4 und 5 dargestellt, erstreckt. (Die Führungsschlitze 24 und 25 und der Verbindungsschlitz 26 sind in einen Schlitz kombiniert.) Im zweiten Ausführungsbeispiel weisen die Führungsschlitze 24 und 25 die gleiche Anordnung und Abmessungen (wie zum Beispiel die Dicke und Breite W1) wie jene im ersten Ausführungsbeispiel auf. Der Verbindungsschlitz 26 ist durch die Bodenwand 14 im Wesentlichen parallel mit den Führungsschlitzen 24 und 25 und derart geneigt ausgebildet, dass der Verbindungsschlitz 26 an dessen einer Endseite mit einer Endseite des Führungsschlitzes 25 näher an der Halterung 15 und an dessen anderer Endseite mit einer Endseite des Führungsschlitzes 24 weiter entfernt von der Halterung 15 verbunden ist. Die gesamte Projektionsfläche des Wärmeleitelements (der Führungsschlitze 24 und 25 und des Verbindungsschlitzes 26) ist in Bezug auf die Querschnittsfläche der Bodenwand 14 somit im zweiten Ausführungsbeispiel größer als im ersten Ausführungsbeispiel festgelegt. Zudem weist der Verbindungsschlitz 26 die gleiche Dicke wie die Führungsschlitze 24 und 25 auf, so dass die Führungsschlitze 24 und 25 durch den Verbindungsschlitz 26 durchgehend verbunden sind.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel wird die Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 zur Bodenwand 14 übertragen, längs den oberseitigen Außenflächen der Schlitze 25, 26 und 24 reibungslos bzw. widerstandsarm zur Halterung 15 geleitet und danach durch die Halterung 15 zum Getriebegehäuse GC übertragen, wie dies durch gestrichelte Linien in 4 gekennzeichnet ist. Andererseits wird die Wärme H1 von der Motorplatine 8 zur Bodenwand 14 übertragen, widerstandsarm längs den bodenseitigen Außenflächen der Schlitze 25,26 und 24 geführt und danach durch die Halterung 15 zum Getriebegehäuse GC übertragen. Dies bedeutet, der Verbindungsschlitz 26 fördert eine widerstandsarme Strömung der Wärme H, H1 vom Führungsschlitz 25 zum Führungsschlitz 24.
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Ein Teil der Wärmen H und H1, der von den Leiterplatten 11 bis 13 und der Motorplatine 8 zur Bodenwand 14 übertragen wird, wird von der Außenumfangsfläche des ECU-Gehäuses 6 abgeleitet.
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Es ist demzufolge durch die Schlitze 24 bis 26 möglich, die entgegengesetzten Strömungen der Wärme H von den Leiterplatten 11 bis 13 und der Wärme H1 von der Motorplatine 8 effektiver zu unterbrechen und eine Beeinträchtigung zwischen den entgegengesetzten Strömungen der Wärmen H und H1 zu verhindern. Die Wärmeisolierungsfunktion kann verbessert werden, da die Führungsschlitze 24 und 25 durch den Verbindungsschlitz 26 miteinander verbunden sind. Es ist außerdem durch die Schlitze 24–26 möglich, die Wärme H, H1 widerstandsarm zur Halterung 15 und zum Getriebegehäuse GC zu übertragen, so dass die Wärmen H, H1 von der Halterung 15 sowie dem Getriebegehäuse GC mit einer jeweils hohen thermischen Masse effizient abgeleitet werden können.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist daher in der Lage, den Einfluss der Wärme auf die Leiterplatten 11 bis 13 und die Motorplatine 8 effektiver zu verhindern und die thermische Belastung auf die Steuerungseinheit 3 usw. für eine stabile Antriebssteuerung des Elektromotors 5 und zur Dauerhaltbarkeitsverbesserung der elektronischen Bauteile zu reduzieren.
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Das Wärmeleitelement weist insbesondere die Struktur auf, bei der die Führungsschlitze 24 und 25, wie oben beschrieben, durch den Verbindungsschlitz 26 verbunden sind. Da die gesamte Projektionsfläche des Wärmeleitelements (der Führungsschlitze 24 und 25 und des Verbindungsschlitzes 26) im zweiten Ausführungsbeispiel größer als im ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist, kann das Wärmeleitelement einen größeren Werbeunterbrechungseffekt erzeugen und eine Wärmebeeinträchtigung im zweiten Ausführungsbeispiel effektiver verhindern.
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Die weiteren Anordnungen des zweiten Ausführungsbeispiels sind die gleichen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels. Es ist somit im zweiten Ausführungsbeispiel möglich, die gleichen Effekte wie im ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den oben genannten Effekten zu erreichen.
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Jedes der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele ist hinsichtlich einer einfachen Herstellung ohne wesentliche Erhöhung der Produktionskosten von Vorteil, da die Schlitze 24 und 25 oder 24 bis 26 in der Bodenwand 14 und der Außenumfangswand des ECU-Gehäuses 6 während dem Gießen des ECU-Gehäuses 6 gleichzeitig ausgebildet werden können.
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Die gesamten Inhalte der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-64313 (eingereicht am 21. März 2012) werden hiermit durch Bezugnahme mit einbezogen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das obige spezifizierte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses beispielhafte Ausführungsbeispiel beschränkt. Mehrere Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einleuchten.
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Beispielsweise kann die Breite W1 der Schlitze 24 und 25 auf einen größeren Wert festgelegt werden. Ferner kann die Dicke der Führungsschlitze 24 und 25 kann adäquat festgelegt werden.
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Es ist machbar, nur einen Führungsschlitz in der Bodenwand 14 auszubilden, obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen zwei Schlitze 24 und 25 in der Bodenwand 14 ausgebildet sind. Ferner können die Führungsschlitze 24 und 25 alternativ in der gleichen Ebene angeordnet werden, ohne zueinander in der Breitenrichtung der Bodenwand 14 versetzt zu sein.
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Obwohl die Schlitze 24 und 25 oder 24 bis 26 im obigen Ausführungsbeispiel als das Wärmeübertragungselement ausgebildet sind, ist das Wärmeleitelement nicht auf diese Führungsschlitze 24 und 25 beschränkt. Es ist machbar, irgendein Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit, wie zum Beispiel ein Karbonmaterial, als Wärmeübertragungselement zu verwenden.
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Der Schutzumfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.
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Zusammenfassend ist festzustellen:
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Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung umfasst einen Elektromotor, einen Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus zum Umwandeln einer Drehung des Elektromotors in eine lineare Bewegung und Übertragen der linearen Bewegung auf Fahrzeugräder, erste und zweite Leiterplatten, die mit elektronischen Bauteilen bestückt sind, um einen Motor-Steuerungsbefehl zu verarbeiten und den Elektromotor basierend auf dem Motor-Steuerungsbefehl anzutreiben, ein metallisches Steuerungsgehäuse, das die ersten und zweiten Leiterplatten darin beherbergt und an dessen Außenfläche mit dem Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus verbunden sind, ein Wärmeübertragungselement, das im Inneren des metallischen Steuerungsgehäuses angeordnet ist, um Wärme von den jeweiligen Leiterplatten aufzunehmen und ein Wärmeleitelement, das sich von der Außenfläche des Steuerungsgehäuses zur Innenseite des Wärmeübertragungselements erstreckt, um die zum Wärmeübertragungselement übertragene Wärme in Richtung zum Antriebsdrehmoment-Übertragungsmechanismus zu leiten.
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Neben der schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung in 1 bis 5 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Aktuator
- 2
- Motoreinheit
- 3
- Steuerungseinheit, ECU-Einheit
- 4
- Motorgehäuse
- 4b
- Augenbereich
- 5
- Elektromotor
- 5a
- Motorwelle
- 5b
- Rotor
- 5c
- Stator
- 6
- ECU-Gehäuse
- 6a
- Befestigungsbereich
- 6b
- Befestigungsnut
- 7
- Sensor-Montageplatte
- 8
- Sensorplatine
- 8a
- Rotationssensor
- 10
- Deckelelement
- 10a
- zylindrischer Endbereich
- 11
- Inverterplatine, Wechselrichterplatine
- 12
- Steuerungsleiterplatte
- 13
- Harz-Sammelschienenplatine
- 14
- Bodenwand
- 15
- Halterung
- 15a
- zylindrischer Bereich
- 15b
- Befestigungsbereich
- 15c
- Endfläche des Befestigungsbereichs
- 15d, 15e
- Schraubbolzen-Einsatzlöcher
- 16a, 16b
- Innengewindelöcher
- 16
- Befestigungsfläche
- 17
- Schraubbolzen
- 18
- Halbleiterschalter
- 20
- Halterung
- 21
- Mikrocomputer, CPU
- 22
- Spule
- 23
- Energieversorgungsrelais
- 24
- Führungsschlitz
- 25
- Führungsschlitz
- 26
- Verbindungsschlitz
- 30
- Dichtelement
- 31
- Steckverbinder
- 40
- Untersetzungsgetriebemechanismus
- 40a
- Gehäuse
- GC
- Getriebegehäuse
- SS
- Lenkwelle
- TS1
- erster Drehmomentsensor
- TS2
- zweiter Drehmomentsensor
- W
- Dicke
- Y
- Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-189868 [0003]
- JP 2012-64313 [0062]
